JP2006183815A - 内燃機関の軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受メタルのクラッシュハイトによる嵌合圧を阻害することなく、軸受穴での軸受メタルの内転を防ぐことができる内燃機関の軸受構造を提供することを目的とする。
【解決手段】半円弧状の軸受穴を有する２つの部材を接合した軸受ハウジングと、前記半円弧状の軸受穴にそれぞれ嵌合される２つの半円弧状軸受メタルからなる内燃機関の軸受構造において、少なくとも１つの半円弧状軸受メタルのうち、その幅方向の端部のうち少なくとも一方に、前記軸受穴の径方向外側へ広がる半環状のツバ部を形成する。そして当該ツバ部の周方向の端部であって径方向外面に、前記半円弧状軸受メタルのクラッシュハイト方向に平行な平面を形成するとともに、前記軸受ハウジングには当該平面と当接する面を設けたことを特徴とする。この構成によれば、クラッシュハイトを利用した嵌合圧により軸受メタルの真円度を確保しつつ、軸受メタルの内転を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の軸受構造及び該軸受構造を備えた内燃機関に関する。

従来の内燃機関の軸受構造において、軸受穴に軸受メタルを嵌合したのみでは軸受穴において軸受メタルが内転してしまうおそれがあった。軸受メタルが内転すると、当該軸受構造は本来の役割を果たすことができず、機関の性能の低下につながることになる。

そこで、軸受メタルの内転を防止することができる技術として特許文献１が開示されている。この従来技術によれば、スラストメタルに設けられた突起部により、軸受メタルの内転を防ぐことができるとされている。
特開２００２−３９１５４号公報

しかしながら上記従来技術では、スラストメタルに設けられた突起部により周方向への回転を止めているために次のような問題がある。通常、軸受構造では２つの半円弧状の軸受メタル周端に設けられたクラッシュハイトと呼ばれる部分で互いに押圧することにより、軸受穴と軸受メタルとの真円度を一致させる構成をとる。しかしながら、上記従来技術では周方向が固定されているため当該クラッシュハイトの押圧による嵌合圧が軸受メタルに十分に作用しない。そのため、軸受メタルの真円度が低下し、軸受構造の機能の低下につながるおそれがあった。

そこで本発明では、軸受メタルのクラッシュハイトによる嵌合圧を阻害することなく、軸受穴での軸受メタルの内転を防ぐことができる内燃機関の軸受構造を提供することを目的とする。

半円弧状の軸受穴を有する２つの部材を合わせ面で接合した軸受ハウジングと、前記半円弧状の軸受穴にそれぞれ嵌合される２つの半円弧状軸受メタルからなる内燃機関の軸受構造において、軸受穴に嵌合される少なくとも１つの半円弧状軸受メタルであって、その幅方向の少なくとも一端部に、前記軸受穴の径方向外側に広げられたツバ部を形成した。そして該ツバ部の周方向の端部であって径方向外面に、前記半円弧状軸受メタルに設けられたクラッシュハイトに平行な平面を形成するとともに、前記軸受ハウジングには該平面と当接する平面を設けた。

本発明によれば、半円弧状軸受メタルと軸受ハウジングが平面によって当接するため、クラッシュハイトを利用した嵌合圧により軸受メタルの真円度を確保しつつ、軸受メタルが軸受穴で内転することを防ぐことができる。

本発明の第１の実施形態を図１ないし４に基づいて説明する。

図１に本発明における内燃機関の軸受構造の概略図を示す。

図１に示すように、軸受構造は合わせ面１において、上部の軸受ハウジング２と下部の軸受ハウジング３との２つの部材を接合することによって構成されている。ここで、２つの軸受ハウジング２、３は一対の締結ボルト２２によって締結される。そして軸受ハウジング２、３はそれぞれ半円弧状の軸受穴２a、３aを有しており、半円弧状軸受メタル４、５がそれぞれ嵌合されている。

ここで上記半円弧状軸受メタル４、５は、その幅方向の両端部に軸受穴２a、３aの径方向外側へ広がるツバ部６を有している。該ツバ部６は、軸受穴２a、３aの軸方向の両端面に接触するように組みつけられている。半円弧状軸受メタル４、５に設けられた当該ツバ部６は半環状の形状をしており、そのツバ部６の周方向の端部であって径方向外面には、当接面９が形成されている。ここで図中の７はアッパーピン穴、８はコントロールピン穴であり、軸受構造への荷重等を伝える。なお本実施形態では上記軸受穴２a、３aの周方向の端部２aa、３aaの接線方向が合わせ面１に垂直であり、上記半円弧状軸受メタル４、５の周方向の端部４a、５aの接線方向も合わせ面１に垂直である。すなわち半円弧状軸受メタル４、５の周方向の端部４a、５aに設けられたクラッシュハイトも合わせ面１に垂直である。そこで、該当接面９は合わせ面１に垂直な平面に形成する。あわせて、軸受ハウジング２、３には当接面９に当接する係止面１０を設ける。すなわち、係止面１０も合わせ面１に垂直な平面である。平面９、１０が当接することにより、半円弧状軸受メタル４、５には回転方向の自由度がなく内転は生じない。すなわち半円弧状軸受メタル４、５は、その回転方向の動きを強固に拘束される。そのため、半円弧状軸受メタル４、５が該軸受穴２a、３aの内周に沿って内転することを防ぐことができるようになっている。

次に本発明を適用した内燃機関を説明する。

当該内燃機関は複リンク機構を有する内燃機関である。図２において、シリンダボア２５を往復運動するピストン１７は、ピストンピン１１を介してアッパーリンク１３と回転可能に連結支持されている。さらにアッパーリンク１３は、第１連結ピン(アッパーピン)２０を介してロアリンク１４と回転可能に連結されている。図３に示すように、連結部においてアッパーリンク１３は、ロアリンク１４を挟むように、その先端が１３a及び１３bの二つに分かれた形状をしている。またロアリンク１４は、クランクピン１２を介してクランク軸１９に、さらに第２連結ピン(コントロールピン)２１を介してコントロールリンク１５に、それぞれ回転可能に連結されている。そしてコントロールリンク１５は、もう一方の端を第３連結ピン(コントロールシャフト)１６を介して、内燃機関本体１８に遥動可能に支持されている。

本実施形態では、上記内燃機関のロアリンク１４において、クランクピン１２と摺動する軸受構造に本発明を適用する。

ここで上記複リンク機構は、偏心したコントロールシャフト１６を回転させることによって、運転中に圧縮比を変えることができることを特徴としている。すなわち、コントロールシャフト１６の偏心回転により、コントロールピン２１がコントロールリンク１５を介して移動することで、クランクピン１２を中心としてロアリンク１４に回転変位が与えられる。当該回転変位により、アッパーリンク１３はアッパーピン２０を介して移動し、その移動によりピストン１７はピストンピン１１を介して、その上下方向の位置を移動させる。その結果、ピストン１７の行程が変化し、当該複リンク機構は圧縮比を変えることができるのである。

なお図３に示すように、上記ロアリンク１４は合わせ面１に垂直で、かつ、軸受穴の軸中心線２３を含む平面を基準仮想平面２４とした際に、基準仮想平面２４の左右で非対称な形状となる。それゆえ、ロアリンク１４は基準仮想平面２４の左右で剛性も非対称である。さらに、上記ロアリンク１４にはアッパーリンク１３とコントロールリンク１５とから荷重が入力されるが、その際の入力荷重も基準仮想平面２４左右のロアリンク１４で非対称である。

以下に第１の実施形態による効果について説明する。

当接面９及び係止面１０がクラッシュハイトに垂直であることの効果を、図４に示した半円弧状軸受メタル５により説明する。通常の軸受構造同様、本実施形態においても半円弧状軸受メタル５にクラッシュハイトＣＨを設け、当該クラッシュハイトＣＨによる嵌合圧Ｆを利用して半円弧状軸受メタル５を嵌合する、いわゆるクラッシュ効果を利用して半円弧状軸受メタル５と軸受ハウジング３を嵌合する。この際、本実施形態の構成によれば、嵌合圧Ｆの方向が当接面９及び係止面１０と平行となる。そのため半円弧状軸受メタル５と軸受ハウジング３との間に作用する嵌合圧Ｆを受け、半円弧状軸受メタル５を軸受ハウジング３に設けられた軸受穴３aの内周面に沿って密着させ真円度を確保する際に、当接面９及び係止面１０が当該クラッシュ効果を阻害することがない。その結果、半円弧状軸受メタル５の適切な真円度を確保しつつも、当該半円弧状軸受メタル５の内転を防止することができる。

加えてツバ部６を軸受穴２a、３aを軸方向２３であって、軸受ハウジング２、３の両端面に接触する形状に形成したことで、ツバ部６はクランクシャフト１９のスラスト受けとしても機能する。

さらに本実施形態では、上下の半円弧状軸受メタル４、５について、幅方向の両端にツバ部６を設けた。そのため、半円弧状軸受メタル４、５の内転をより強固に防止するだけでなく、スラスト受けとしての性能もより高く発揮できる。

また本実施形態においては、基準仮想平面２４の左右で軸受ハウジング２、３の剛性が非対称であり、軸受ハウジング２、３の弾性変形量も基準仮想平面２４の左右で非対称である。そして、軸受ハウジング２、３と半円弧状軸受メタル４、５は剛性が異なるため、軸受ハウジング２、３に非対称な変形が生じた際に、当該軸受ハウジング２、３の変形とは異なった変形を生じる。このことにより、本実施形態の軸受構造は、剛性が対称である軸受構造に比べて内転しやすい。しかし本発明を適用すれば、ツバ部６の当接面９が軸受ハウジング２、３の対応する係止面１０と当接しているため、半円弧状軸受メタル４、５と軸受ハウジング２、３の相対的な移動を強固に拘束する。その結果、軸受穴２a、３aで半円弧状軸受メタル４、５が内転することを防ぐことができるのである。

本実施形態の内燃機関のロアリンク１４には、ピストン１７にかかる筒内圧力がピストンピン１１、アッパーリンク１３及びアッパーピン２０を介して伝わり、大きな加重がかかる。さらに当該複リンク機構では、ロアリンク１４はコントロールピン２１、コントロールリンク１５及びコントロールシャフト１６を介して内燃機関に支持されており、アッパーピン２０及びコントロールピン２１の双方に支持されることになる。そのため半円弧状軸受メタル４、５には二方向からの加重の入力がなされ、基準仮想平面２４の左右で非対称に変形を生じることとなり、通常の軸受構造に比して内転を起こしやすい。しかし本発明によれば、当接面９及び係止面１０によって強固に拘束するため、半円弧状軸受メタル４、５の内転を防止することができる。

特に、運転中であって機関の圧縮比を変更している最中は、アッパーリンク１３を介してアッパーピン２０から、またコントロールリンク１５を介してコントロールピン２１から、それぞれ異なる荷重が入力されることになる。そのため、基準仮想平面２４の左右で非対称な変形をより生じやすくなり、半円弧状メタル４、５の内転のおそれがあるが、この際にも半円弧状軸受メタル４、５は強固に拘束されているために内転を起こすことがない。

第２の実施形態について説明する。

図５に本実施形態における軸受構造の概略図を示す。

図５に示すように本実施形態では、上側の半円弧状軸受メタル４の幅方向の両端部にツバ部６を形成した。そして当接面９に接する係止面１０も、ツバ部６が形成されている側の軸受ハウジングのみに設けた。すなわち図５においては、下側の軸受ハウジング３のみに係止面１０を設けた。

他の構成は第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態による効果について説明する。

半円弧状軸受メタル４、５のうち、いずれか一方の半円弧状軸受メタル、図５の場合は下側の半円弧状軸受メタル５の幅方向の両端部にツバ部６を設けたために、軸受構造の軽量化が図れる。そのため軸受構造へ入力する慣性力を低減する結果、軸受構造の耐久性を向上させることができる。

また、ツバ部６を設けない半円弧状軸受メタル、図５の場合は上側の半円弧状軸受メタル４は従来のものを使用できるので、製造コストを抑えることができる。

ここで、ツバ部６を設けた半円弧状軸受メタルが、図６に示すように上側の軸受ハウジング２に嵌合される場合、すなわち上側の半円弧状軸受メタル４にツバ部６を設けた場合においても同様の効果を奏する。しかしながら、軸受構造の慣性力はアッパーリンク１３の挙動に、つまりはピストン１７の挙動に影響を及ぼすことがあるため、アッパーリンク１３との連結点であるアッパーピン２０からより遠くに位置する下側の軸受ハウジング３に嵌合される半円弧状軸受メタル５にツバ部６を設けることが好ましい。

第３の実施形態について説明する。

図７に本実施形態における軸受構造の概略図を示す。

それぞれの半円弧状軸受メタル４、５には、幅方向の一方の端部のみにツバ部６a、６bを形成した。そして、軸受穴２a、３aの軸方向２３に垂直方向で見て、ツバ部６a、６bが軸受ハウジング２、３の左右異なる面に配置されるように、２つの半円弧状軸受メタル４、５を軸受穴２a、３aに嵌合した。すなわち、ツバ部６a、６bが互い違いに配置されるように嵌合した。また、ツバ部６a、６bにそれぞれ当接面９a、９bを設け、軸受ハウジング２、３には該当接面９a、９bに接する係止面１０a、１０bを、それぞれのツバ部６a、６bに対応した箇所に形成した。

第３の実施形態による効果について説明する。

本実施形態によれば、第１及び第２の実施形態による効果に加えて、上下の半円弧状軸受メタル４、５とも、同一のものを用いれば足りるため、製造上有利である。またこの際、ツバ部６a、６bをそれぞれ互い違いに配置していることにより、軸受穴２a、３aの軸方向に垂直方向で見て、軸受構造の左右 で質量が対称となり、軸受構造の運動に悪影響を与えることもない。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなし得る様々な変更、改良が含まれることは言うまでもない。

第１の実施形態における軸受構造の分解断面図である。 第１の実施形態の軸受構造を適用した複リンク機構を有する内燃機関の模式図である。 第１の実施形態においてロアリンクにかかる力の関係図である。 クラッシュハイトと当該クラッシュハイトによる嵌合圧の関係図である。 第２の実施形態において下側の半円弧状軸受メタルのみにツバ部を有する軸受構造の分解断面図である。 上側の半円弧状軸受メタルのみにツバ部を有する軸受構造の分解断面図である。 第３の実施形態における軸受構造の分解断面図である。

符号の説明

１ 合わせ面
２ 上側の軸受ハウジング
３ 下側の軸受ハウジング
４ 上側の半円弧状軸受メタル
５ 下側の半円弧状軸受メタル
６ ツバ部
７ アッパーピン穴
８ コントロールピン穴
９ 当接面
１０ 係止面
１１ ピストンピン
１２ クランクピン
１３ アッパーリンク
１４ ロアリンク
１５ コントロールリンク
１６ 第３連結ピン(コントロールシャフト)
１７ ピストン
１８ 内燃機関本体
１９ クランクシャフト
２０ 第１連結ピン(アッパーピン)
２１ 第２連結ピン(コントロールピン)
２２ 締結ボルト
２３ 軸受穴の軸中心線
２４ 基準仮想平面
２５ シリンダボア

Claims (8)

1. 半円弧状の軸受穴を有する２つの部材を合わせ面で接合した軸受ハウジングと、前記半円弧状の軸受穴にそれぞれ嵌合される２つの半円弧状軸受メタルと、からなる内燃機関の軸受構造において、
   少なくとも１つの半円弧状軸受メタルのうち、その幅方向の端部のうち少なくとも一方に、前記軸受穴の径方向外側へ広がる半環状のツバ部を形成し、該ツバ部の周方向の端部であって径方向外面に、前記半円弧状軸受メタルに設けられたクラッシュハイト方向に平行な平面を形成するとともに、前記軸受ハウジングには該平面と当接する平面を設けたことを特徴とする内燃機関の軸受構造。
2. 前記ツバ部を前記軸受穴の軸方向であって、前記軸受ハウジングの端面に接触するように形成し、前記軸受ハウジングにかかるスラスト方向の力を受けられるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の軸受構造。
3. 前記ツバ部を２つの前記半円弧状軸受メタルの幅方向の両端部に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の軸受構造。
4. 前記ツバ部を２つの前記半円弧状軸受メタルのうち、いずれか１つの前記半円弧状軸受メタルの両端部に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の軸受構造。
5. 前記ツバ部を２つの前記半円弧状軸受メタルのそれぞれの幅方向の片側端部のみに形成し、前記軸受穴の軸方向に垂直方向で見て、前記ツバ部が前記軸受ハウジングの左右異なる面に配置されるように、２つの前記半円弧状軸受メタルを前記軸受穴に嵌合したことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の軸受構造。
6. 前記軸受ハウジングは、前記合わせ面に垂直で、かつ、前記軸受穴の軸中心線を含む平面を基準仮想平面としたとき、前記軸受穴の軸方向で見て、前記基準仮想平面の左右で剛性が非対称であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の内燃機関の軸受構造。
7. ピストンにピストンピンを介して一端が連結されるアッパーリンクと、該アッパーリンクの他端で第１連結ピンを介して連結され、かつ、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、該ロアリンクに第２連結ピンを介して一端が連結されるとともに、その他端が第３連結ピンを介して内燃機関本体に対して遥動可能に支持されるコントロールリンクと、からなる複リンク機構を有する内燃機関において、
   前記ロアリンクの、前記クランクピンと摺動する軸受部に請求項１から６のいずれか一つに記載の軸受構造を備えたことを特徴とする内燃機関。
8. 前記複リンク機構は、前記コントロールリンクと内燃機関本体とを連結するコントロールシャフトを回転させることによって運転中に圧縮比を変えることができることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。

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